高温气体热化学反应的DSMC微观模型分析

热化学耦合的非平衡现象一直是高温气体热化学问题研究的难点, 制约了诸如爆轰波胞格结构、低温点火速率等现象的分析. 本文以高温氮气离解和氢氧燃烧中的链式置换反应为例, 从微观反应概率、振动态指定的反应速率、热力学非平衡态的宏观反应速率、碰撞后的能量再分配等角度, 分析了直接蒙特卡罗模拟中的典型化学反应模型(TCE, VFD, QK模型)的微观动力学性质. 研究发现, 无论是高活化能的高温离解反应还是低活化能的链式置换反应, 实际参与反应的分子的振动能概率分布都偏离了平衡态的Boltzmann分布, 包含较强振动能额外影响的VFD模型可以很好地模拟高温离解反应, 而TCE (VFD的一个特例)和QK模型对活化能较低的链式置换反应的预测效果相对更好. 此外, 化学反应碰撞后的能量再分配应遵循微观细致平衡原理, 细微的偏差都可能造成平动能和振动能难以达到最终的平衡状态. 直接蒙特卡罗模拟的应用评估结果表明, 化学反应的振动倾向对热化学耦合过程产生了明显的影响, 特别是由于高振动能分子更多地参与了化学反应, 气体平均振动能的下降将影响后续化学反应的进行.      

高温气体热化学反应的DSMC微观模型分析

热化学耦合的非平衡现象一直是高温气体热化学问题研究的难点,制约了诸如爆轰波胞格结构、低温点火速率等现象的分析.本文以高温氮气离解和氢氧燃烧中的链式置换反应为例,从微观反应概率、振动态指定的反应速率、热力学非平衡态的宏观反应速率、碰撞后的能量再分配等角度,分析了直接蒙特卡罗模拟中的典型化学反应模型(TCE,VFD,QK模型)的微观动力学性质.研究发现,无论是高活化能的高温离解反应还是低活化能的链式置换反应,实际参与反应的分子的振动能概率分布都偏离了平衡态的Boltzmann分布,包含较强振动能额外影响的VFD模型可以很好地模拟高温离解反应,而TCE(VFD的一个特例)和QK模型对活化能较低的链式置换反应的预测效果相对更好.此外,化学反应碰撞后的能量再分配应遵循微观细致平衡原理,细微的偏差都可能造成平动能和振动能难以达到最终的平衡状态.直接蒙特卡罗模拟的应用评估结果表明,化学反应的振动倾向对热化学耦合过程产生了明显的影响,特别是由于高振动能分子更多地参与了化学反应,气体平均振动能的下降将影响后续化学反应的进行.     

激波管研究高温气体的非平衡辐射特性

一、引言 在现代工程技术、激波结构的计算、实验室的激波物理现象研究和非平衡辐射诊断中,高温气体非平衡辐射性质的研究,在理论和实际中都有重要意义。早在五十年代,有的学者就观察过高温气体的非平衡辐射;六十年代初,国外许多学者对此感兴趣,但其定量测量还是在Lin设计出直径为24英寸的低密度激波管后做出的。关于非平衡辐     

触摸高温气体动力学

回顾了高温气体动力学与高超声速科技相关的一些重要研究进展,探讨几个具有基础性研究意义的方向：即高超声速流动模拟;高温气体热化学反应机制;高超声速流动滞止区预测;高超声速边界层转捩和激波/激波相互作用诱导的气动热问题．这些研究方向与高温气体效应和强激波密切相关,对高超声速科技关键技术的突破起着重要作用．     

高温气体动力学近况

最近本刊相继登载了几篇关于流体力学的文章,介绍国外在这方面的研究动向,其中提出了流体力学作为科学的一门分支是否就要过时这样的问题。特别是今年七月份美籍中国学者林家翘谈到,美国在      

高温气体动力学近况

最近本刊相继登载了几篇关于流体力学的文章,介绍国外在这方面的研究动向,其中提出了流体力学作为科学的一门分支是否就要过时这样的问题。特别是今年七月份美籍中国学者林家翘谈到,美国在空气动力学方面从前那种轰轰烈烈的局面已经不存在了,一些原来的流体力学工作者也已转向大气、海洋等方面。对于这些说法引起了不少议论。      

叠片式气体箔片推力轴承热特性分析

叠片式气体箔片推力轴承具有制造工艺简单、散热能力强等优点,针对该新型轴承提出了相应的热特性分析模型,通过数值仿真分析得到轴承气膜及各元件的温度,并对关键影响参数进行了重点分析. 研究结果表明:由于气膜在半径较大位置处的线速度大,其剪切产热效果明显,温度越高,气膜的高温区分布在靠近周向末端和顶箔侧;气膜、顶箔和推力盘温度均会随推力盘转速和轴承载荷的增大而升高;向箔片结构中通入冷却气流可以获得良好的降温效果,轴承温度随着箔片内通入冷却气流量的增大,先迅速下降后趋于平缓.      

热喷干扰气体模型对飞行器气动特性影响分析

针对不同气体模型对高超声速飞行器喷流反作用控制系统(RCS)热喷干扰流场模拟的计算效率和准确性问题, 基于喷流燃气物理化学模型, 通过数值求解含化学反应源项的三维N-S方程, 建立了飞行器RCS热喷干扰流场数值模拟方法, 分别采用化学反应流、反应冻结流、二元异质流以及空气喷流四种气体模型开展了典型外形热喷干扰流场的数值模拟, 研究了不同气体模型对热喷干扰流场结构、飞行器气动力热特性的影响, 分析了不同马赫数、飞行高度下的变化规律. 研究表明: 化学反应流模型计算精度较高, 计算与风洞试验数据的吻合程度优于其他三种简化模型; 在本文的低空条件下, 采用简化模型进行热喷干扰流场数值模拟, 会低估分离区大小, 使飞行器气动力特性预测出现偏差, 同时也会低估表面热环境, 对防热系统设计不利, 随着马赫数增加, 简化模型对气动力热特性预估的误差进一步增大, 同时不同简化模型之间的差异也进一步增大; 飞行高度较高时, 模型之间的差异减小, 此时可采用简化模型进行计算以提高计算效率. 本文的研究结果可为飞行器热喷干扰流场数值模拟及喷流反作用控制系统设计提供参考.      

高超声速高温气体效应判据

基于动理论的观点, 提出几种定量判据, 用以判断在怎样的飞行条件下, 高超声速飞行器周围高温空气分子的振动、离解、电离效应是重要的.      

中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展

<正>中国科学院高温气体动力学重点实验室是在钱学森先生和郭永怀先生创立的科研队伍的基础上于1994年组建的.实验室成立以来一直坚持钱学森先生倡导的"工程科学"理念,面向国家安全和国民经济的重大战略需求,主要研究高温、高超声速极端条件下,具有分子振动与转动激发、解离、电离等内态变化介质的流动规律,推动气体动力学科的创新与发展;并通过发展新理论、     

中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展

在钱学森先生的倡导下,中国科学院力学研究所自20世纪50年代末期就开始了高温气体动力学的基础研究,相关研究进展曾经为发展我国``两弹一星'和神州飞船做出了重要贡献.在钱学森先生创立的气动研究队伍和科研积累的基础上,中国科学院于1994年组建了中国科学院高温气体动力学重点实验室.实验室成立以来一直坚持钱学森先生倡导的技术科学理念,按照中国科学院基础性、前瞻性和战略性的办院方针,面向航空航天和国民经济的重大战略需求,研究高温、高超声速条件下,具有分子内态变化介质流动的高温气体动力学前沿学科问题.通过不断提出新方法、新概念、新技术,支撑国家重大战略需求的关键技术攻关,推进高温气体动力学的学科发展.近年来,在国家973项目,国家自然科学基金委重大、重点项目和创新研究群体,科学院国际合作伙伴团队,863项目和中国科学院方向性创新项目的支持下,实验室在高焓高超声速气体流动规律、高超声速推进方法、稀薄气体非平衡流动、高超声速飞行器构型理论与优化等主要研究方向取得了重要研究成果,在促进高超声速流动模拟实验、高超声速推进、气动热预测与防护、高超声速飞行器气动布局优化设计等重大关键技术的发展方面发挥了重要作用.      

用激波管研究高温气体辐射

研究高温气体辐射的意义近20年来,由于空气动力学和爆炸波研究而发展起来的激波管,已成为具有广泛用途的实验工具,尤其在研究高温气体中的化学物理过程方面,更显示出它的独特优点.在激波管内,低压气体受激波加热而获得瞬时的高温.在其内部强烈地发生着各种原子和分子的过程.所有这些过程都可能伴随着光辐射现象.因此,研究高温气体的辐射,是探索高温气 ...     

基于高温气体效应的磁流体流动控制研究进展

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景; 同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战, 且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究; 同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.      

高温气体反应流中的物理力学问题

从气体动理论(kinetic theory of gases)的原理出发导出了非平衡条件下高温气体反应流基本守恒方程组.讨论了出现在方程组中的各种通量在非平衡条件下的意义,给出了从微观出发的输运系数表达式.介绍各种物理动理论与化学动理论过程的微观理论,讨论了在非平衡条件下现有理论的困难.     

用激波管研究高温气体的现状与发展

从50年代起,激波管的研究已与原子分子物理学、光谱学、天体物理、化学动力学、等离子体动力学、喷气推进技术燃烧、爆炸、化工技术以及力学的各分支学科,都有一定的相互影响。到60年代,激波管及共研究的对象,差不多快要形成一门专门技术领域。世界上各研究单位的激渡管工作虽然各有不同,但激波管工作的内在特色,如实验工具及理论处理方法等,却有共同性。这种发展导致从1965年起两年一次定期召开激波管国际会议,有几十个国家的几百名代表参加,进行相当广泛的国际交流。用激波管进行高温气体方面的研究,经过近二十年的发展,已得到了广泛的重视,在一     

球形重质气体物理爆炸特性

基于大涡模拟方法,结合高阶混合格式,对高压重质的SF₆球形气云在空气中爆炸进行了模拟。数值模拟表明,爆炸产生的激波经过气体分界面时分为透射激波以及反射稀疏波,透射激波导致气体分界面处Richtmyer-Meshkov失稳增强,从而加速了2种气体的混合,而反射的稀疏波经过汇聚,在球心处形成二次激波,在该强激波作用下,流场区域基本呈现湍流形态。     

连通装置气体爆炸特性实验

为了研究连通装置气体爆炸特性及其发生、发展规律,建立了气体爆炸测试系统,得到了密闭条件下连通装置气体爆炸特性,揭示了连通装置气体爆炸过程爆炸强度增加机理,为连通装置气体爆炸防爆安全设计提供参考.     

高温合金材料热机械疲劳实验技术

本文以ＡＩＳＩ３１６Ｌ不锈钢材料为例介绍了高温低周应变控制热机械疲劳（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＦａｔｉｇｕｅ）试验，温度循环和机械应变循环为相同频率，它们间的相位关系分为同相位和反相位两种．温度循环范围选为２５０～５００℃和２５０～６５０℃两种．通过计算机自动控制的实验系统所得到的试验数据，探讨了热机械疲劳应力－应变响应，裂纹萌发和扩展的性质，材料微观损伤分析和温度范围变化对疲劳性能和寿命的影响．对疲劳试验过程中循环回滞曲线的分析，给出了材料硬化阶段和循环稳定阶段的特性．     

钨酸铅高温润滑特性的研究

作者在对PbWO_4进行化学反应热力学计算的基础上,利用高温栓-盘式摩擦试验机、差热、X-射线衍射与能谱等多种手段,又对PbWO_4的高温润滑特性及其有关的摩擦化学现象进行了考察,指出PbWO_4具有良好的高温热安定性和摩擦-温度特性,而于500℃以上加热后可以发生少量的正方晶形向斜方晶形的转变;在高温下PbWO_4可以与摩擦偶件中的Ni、Fe元素的氧化物发生化学反应生成少量的NiWO_4、FeWO_4及PbO_1.44,这有利于提高PbWO_4膜与底材的结合强度。     

从分子运动论看连续介质气体动力学和稀薄气体的新特性

首先，综述了根据分子运动论对连续介质极限气体行为的最近研究．它表明：经典的连续气体动力学是不完整的；用分子运动论分析在连续介质极限时一些重要情况得到气体的正确行为是必不可免的．即，除了特殊的情况，甚至在平均自由程变为零的极限下热传导方程不能描述静止气体温度场；文中给出了根据分子运动论导出的温度场的正确方程组和边界条件及其具体应用．还用同轴圆筒间的包含气体凝聚相的气体流场的渐近分析，论证了经典连续气体动力学方程组的不完整性．其次，综述了最近几年发现的稀薄气体流动的新特性．如在凸体周围速度分布函数的不连续性及它与Ｓ层的关系，加热平板边缘周围引起的流动，有周期性温度分布的管道内产生的单方向流动．